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柔性線路板布線中該做和不該做的事情

2024-12-04 08:58

柔性線路板布線是在可彎曲的基材上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與布局,其具有高度的靈活性,能適應(yīng)各種復(fù)雜的形狀和空間需求。通過精心規(guī)劃的布線,可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸,同時(shí)滿足電子產(chǎn)品小型化、輕薄化及可穿戴等發(fā)展趨勢的要求。柔性線路板布線技術(shù)不斷創(chuàng)新,在消費(fèi)電子、醫(yī)療設(shè)備、汽車電子等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

 

柔性電路中會(huì)遇到很多材料的弱點(diǎn)。從相對(duì)較高z軸膨脹系數(shù)的粘合劑,到低粘度的PI襯底覆銅,到銅的硬化和疲勞。下面陳述的該做和不該做,將會(huì)很大程度上彌補(bǔ)上述不足。

保持柔性板的柔韌性

要事先根據(jù)需要確定柔性電路柔韌度,這是顯而易見,但還是要再次強(qiáng)調(diào)。如果柔性電路部分只打算在裝配過程中折疊,然后裝在一個(gè)固定的位置,比如,安裝在一個(gè)手持式超聲設(shè)備中,那么我們?cè)谶x擇信號(hào)的層數(shù)和銅皮類型(RA或ED)上,會(huì)有很大的自由度。另一種情況,如果柔性電路部分要不斷移動(dòng)、彎曲或旋轉(zhuǎn),那么就應(yīng)該減少層數(shù),并選擇無膠材料。

可以使用IPC-2223B公式(公式1表示單面,公式2表示雙面,等等),根據(jù)銅的允許變形程度和其他材料特性,來確定最小允許彎曲半徑部分。


T這個(gè)例子的公式是針對(duì)單面柔性板的,我們根據(jù)實(shí)際使用狀況來選擇EB,對(duì)于很少彎曲應(yīng)用的選擇16%,靈活安裝的應(yīng)用使用10%,動(dòng)態(tài)的柔性設(shè)計(jì)使用0.3%(來源:IPC-2223B,2008,http://www.ipc.org/TOC/IPC-2223B.pdf)。動(dòng)態(tài)是指產(chǎn)品使用過程中的持續(xù)的彎曲和旋轉(zhuǎn),例如:移動(dòng)DVD播放機(jī)中的TFT面板連接。

不要在拐角處彎曲

通常我們建議要保持柔性電路的銅皮走線沿著垂直方向彎曲。但有時(shí)做不到,那么請(qǐng)盡量減少彎曲幅度和頻率,也可根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)要求使用錐形彎曲。


 

圖1:首選的彎曲位置。

 

使用弧形走線

正如上面圖1所示,最好避免使用突兀的直角或者硬直的45°角走線,而是使用弧角走線模式。這樣可以在彎曲過程中,減少銅皮的應(yīng)力。

不要突然改變走線的寬度

軟板走線鏈接到焊盤時(shí),特別是整理排列的柔性電路終端(如下圖所示),將會(huì)形成一個(gè)薄弱的著力點(diǎn),隨著時(shí)間的推移銅皮很容易老化。除非使用加強(qiáng)板或者應(yīng)用過程中不會(huì)彎折,否則建議采用如下的逐漸變窄的接線方式(提示:在柔性電路板中對(duì)于焊盤和過孔進(jìn)行淚滴處理?。?/p>


圖2:走線線寬的突變或者連接到焊盤會(huì)造成薄弱著力點(diǎn)。

使用多邊形

有時(shí),在柔性板上放置電源或者地平面是非常有必要的。如果不介意顯著降低靈活性以及可能會(huì)使銅皮褶皺,你可以選擇使用實(shí)心銅。一般來說,為了保持高度的靈活性最好使用陰影多邊形敷銅。
提到這一點(diǎn),傳統(tǒng)的陰影多邊形會(huì)在0°、90°和45°角的方向存在多余的銅皮加強(qiáng)。更優(yōu)化的模式是六角形方式。使用負(fù)片層和陣列的六角焊盤就可以解決這個(gè)問題,使用復(fù)制和粘貼的方法可以更快速地建立陰影多邊形。


圖3:使用六邊形敷銅可以均勻平衡三個(gè)角度的應(yīng)力

為焊盤提供加固

FPC由于采用了低粘性的粘合劑(相對(duì)于FR-4),柔性電路上的銅更容易從聚酰亞胺基板上脫離。所以給裸露的銅皮提供加固尤為重要。涂鍍的通孔為2個(gè)柔性層提供了恰當(dāng)?shù)腻^定,所以使用過孔是非常好加固方式。正因如此(提供了z軸的擴(kuò)展),許多加工廠建議在軟硬結(jié)合板和柔性電路上添加深度達(dá)1.5密耳的涂鍍通孔。表面貼裝的焊盤和非涂鍍的通孔焊盤本身沒有加固措施,所以需要額外的加固來防止脫離。



圖4:柔性電路的焊盤加固方式,涂鍍、增加錨定、減少覆蓋膜的開口
參照?qǐng)D4, 第二個(gè)選項(xiàng)適合有膠型覆蓋層,第三個(gè)選項(xiàng)適合無膠型覆蓋層。使用粘合劑的保護(hù)膜,會(huì)出現(xiàn)“溢膠”的現(xiàn)象,所以焊盤與開孔之間的縫隙必須足夠大,以保障優(yōu)良的助焊成形。

SMT元件焊盤是最脆弱的,尤其柔性電路會(huì)在元件的剛性引腳和焊盤下彎曲。圖5和圖6顯示了如何使用覆蓋層在焊盤的兩端加固焊盤。做到這一點(diǎn),柔性板上的焊盤必須要比典型的剛性板上的焊盤大一些。在看圖6的對(duì)比,柔性板上安裝元件的SMD焊盤。這會(huì)顯著降低了柔性電路元件的安裝密度,但與剛性電路相比,柔性電路的密度本來就不能太高。



圖5:SOW封裝的覆蓋膜開口,顯示出它在每個(gè)焊墊兩端的加固。

圖6:調(diào)整焊盤尺寸和覆蓋層的開孔。上面是典型的0603封裝形式,下面是為了使用覆蓋層加固修改的封裝形式。

保持雙面柔性

對(duì)于動(dòng)態(tài)的雙面柔性電路,盡量避免在同一方向放置走線,而是需要把(圖7)它們錯(cuò)開,使銅皮走線均勻分布(圖8)。


圖7:不推薦的相鄰層銅皮走線。


圖8:首選交錯(cuò)式的相鄰層銅皮走線。

現(xiàn)在你應(yīng)該對(duì)于如何設(shè)計(jì)柔性電路,來達(dá)到最佳的產(chǎn)量和最高可靠性的產(chǎn)品,已經(jīng)有了一些想法。但還要注意在成本、性能和可靠性之間找到合適的平衡點(diǎn)。

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